tesis i. m. 104 - porras ortíz edwin rubén
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UNIVERSIDAD TCNICA DE
AMBATO
FACULTAD DE INGENIERACIVIL Y MECNICA
INGENIERA MECNICA
Seminar io de Graduacin 2010, previo a la obtencin del
ttulo de I ngeniero Mecnico
TEMA:
ESTUDIO EN EL BANCO DE PRUEBAS TUTOR PARA
DETERMINAR LA POTENCIA Y EFICIENCIA DE LASTURBINAS PELTON Y FRANCIS EN LA FACULTAD DEINGENIERA CIVIL Y MECNICA.
AUTOR: Edwin Rubn Porras Ortiz
TUTOR: Ing. Alex Mayorga
AMBATO-ECUADOR
2011
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CERTIFICACIN
En mi calidad de Tutor del trabajo de investigacin, con el tema ESTUDIO EN EL
BANCO DE PRUEBAS TUTOR PARA DETERMINAR LA POTENCIA Y
EFICIENCIA DE LAS TURBINAS PELTON Y FRANCIS EN LA FACULTAD DE
INGENIERA CIVIL Y MECNICA., elaborado por el Seor Edwin Rubn Porras
Ortiz, egresado de la Facultad de Ingeniera Civil y Mecnica, certifico:
Que la presente Tesis es Original de su Autor.
Ha sido revisada en cada uno de sus Captulos.
Est concluida y puede continuar con los trmites correspondientes.
Ambato, agosto de 2011
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Ing. Alex Mayorga.
Tutor de Tesis
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DECLARACIN DE AUTENTICIDAD
Yo, Edwin Rubn Porras Ortiz, con C.I. #050302868-0 declaro que los resultados
obtenidos y expuestos en el presente Trabajo de Investigacin con el tema,
ESTUDIO EN EL BANCO DE PRUEBAS TUTOR PARA DETERMINAR LAPOTENCIA Y EFICIENCIA DE LAS TURBINAS PELTON Y FRANCIS EN LA
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICA., previo a la obtencin del
ttulo de Ingeniero de Mecnico, son absolutamente originales, autnticos y
personales; a excepcin de las citas bibliogrficas.
Sr. Edwin Rubn Porras Ortiz
C.I. 050302868-0
AUTOR
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DEDICATORIA
El presente proyecto lo dedico a Dios por
bendecirme con una gran familia,primeramente a mi Abuelito Jos Augusto
Ortiz porque siempre nos apoyo sin importar
la distancia, a mi Padre Rubn Porras que con
su ejemplo de sacrificio y responsabilidad supo
inculcarme buenos principios; a mi Madrecita
Yolanda Ortiz que siempre con su amor, apoyo
y dedicacin supo guiarme en todo momento.
A mis hermanos Fabricio, Maribel y a mi novia
Patricia Torres quienes siempre me apoyaron
y estuvieron conmigo en todo momento.
Rubn Porras
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AGRADECIMIENTO
Agradecimiento en primer lugar a Dios por concederme la vida y darme las fuerzas
necesarias para poder culminar mis estudios.
A mis padres quienes con su apoyo y sacrificio me dieron la oportunidad de alcanzar
nuevas metas.
A mis hermanos quienes fueron un ejemplo para poder superarme da a da adems de
contar con su amistad y apoyo sincero.
A la Universidad Tcnica de Ambato y profesores de la Facultad de Ingeniera Civil y
Mecnica, por haberme capacitado constantemente y prepararme para enfrentar los
retos de la vida profesional.
Al Ingeniero Alex Mayorga quien a parte de ser mi tutor fue un amigo quien me
ayudo con toda su experiencia para culminar este proyecto de investigacin.
Rubn Porras
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NDICE GENERAL DE CONTENIDOS
PGINAS PRELIMINALES.
Portada........................................................................................................................... i
Certificacin. ............................................................................................................... ii
Autora......................................................................................................................... iii
Dedicatoria. ................................................................................................................. iv
Agradecimiento. ........................................................................................................... v
ndice General de Contenidos. .................................................................................... vi
ndice de Figuras......................................................................................................... x
ndice de Tablas. ......................................................................................................... xi
ndice de Anexos. ....................................................................................................... xi
Resumen Ejecutivo..................................................................................................... xii
NDICE DE CONTENIDOS
CAPTULO I ............................................................................................................... 1
EL PROBLEMA .......................................................................................................... 1
1.1 TEMA .................................................................................................................... 1
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................................. 1
1.2.1 CONTEXTUALIZACIN ................................................................................. 1
1.2.2 ANALISIS CRTICO ......................................................................................... 1
1.2.3 PROGNOSIS ...................................................................................................... 2
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1.2.4 FORMULACIN DEL PROBLEMA ...............................................................2
1.2.5 PREGUNTAS DIRECTRICES .............................................................. 2
1.2.6 DELIMITACIONES ...................................................................................... 2
1.2.6.1 DE CONTENIDO ...................................................................................... 2
1.2.6.2 ESPACIAL .................................................................................................. 3
1.2.6.3 TEMPORAL .................................................................................................. 3
1.3 JUSTIFICACIN. ...................................................................................... 3
1.4 OBJETIVOS .................................................................................................. 4
1.4.1 OBJETIVO GENERAL ...................................................................................... 4
1.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS. .......................................................................... 4
CAPTULO II .............................................................................................................. 5
MARCO TERICO .................................................................................................. 5
2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS .................................................. 5
2.3 FUNDAMENTACION LEGAL .......................................................................... 5
2.4 RED DE CATEGORAS FUNDAMENTALES .................................................. 7
2.4.1 RED DE CATEGORAS VARIABLE INDEPENDIENTE .......................... 7
2.4.2 RED DE CATEGORAS VARIABLE DEPENDIENTE ........................ 22
2.5 HIPOTESIS ................................................................................................ 32
2.6 SEALAMIENTO DE VARIABLES ............................................................ 32
2.6.1 VARIABLE INDEPENDIENTE ............................................................ 32
2.6.2 VARIABLE DEPENDIENTE ........................................................................ 32
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CAPTULO III ................................................................................................ 33
METODOLOGA ................................................................................................ 33
3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIN ............................................................ 333.2 NIVEL Y TIPO DE LA INVESTIGACIN ................................................ 33
3.2.1 MODALIDAD DE INVESTIGACIN ................................................ 33
3.2.2 TIPO DE INVESTIGACIN ........................................................................ 34
3.3 POBLACIN Y MUESTRA ........................................................................ 34
3.4 OPERACIONALIZACIN DE VARIABLES. ................................................ 36
3.4.1 VARIABLE INDEPENDIENTE: PRUEBAS EN BANCO .........................36
3.5 TCNICAS E INSTRUMENTOS ............................................................ 38
3.5.1 RECOLECCIN DE LA INFORMACIN. ................................................ 38
3.6 PROCESAMIENTO Y ANLISIS. ............................................................ 38
3.6.1 PRESENTACIN DE DATOS. ............................................................ 38
3.6.2 ANLISIS. ................................................................................................ 38
CAPTULO IV ................................................................................................ 39
ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS .................................... 39
4.1 ANLISIS DE LOS RESULTADOS ............................................................ 39
4.2 INTERPRETACIN DE DATOS ............................................................ 40
4.2.1 CLCULO O ADQUISICIN DEL CAUDAL .................................... 40
4.2.2 CLCULO DE LA FUERZA EN EL FRENO .................................... 41
4.2.3 SENSORES ................................................................................................ 42
4.2.4 ADQUISICIN DE DATOS ........................................................................ 43
4.3 VERIFICACIN DE HIPTESIS ............................................................ 44
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CAPTULO V ................................................................................................ 50
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................ 50
5.1 CONCLUSIONES .................................................................................... 505.2 RECOMENDACIONES .................................................................................... 53
CAPTULO VI ................................................................................................ 54
PROPUESTA ............................................................................................................ 54
6.1 DATOS INFORMATIVOS ........................................................................ 54
6.1.1 TEMA. ............................................................................................................ 54
6.1.2 INSTITUCIN EJECUTORA ........................................................................ 54
6.1.3 BENEFICIARIOS .................................................................................... 54
6.1.4 UBICACIN ................................................................................................ 54
6.1.5 TIEMPO ESTIMADO PARA LA EJECUCIN .................................... 54
6.1.6 EQUIPO TECNICO RESPONSABLE ................................................ 55
6.2 ANTECEDENTES DE LA PROPUESTA ................................................ 55
6.3 JUSTIFICACIN .................................................................................... 59
6.4 OBJETIVOS ................................................................................................ 60
6.4.1 OBJETIVO GENERAL ........................................................................ 60
6.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS. ........................................................................ 60
6.5 ANLISIS DE FACTIBILIDAD ............................................................ 61
6.6 FUNDAMENTACIN .................................................................................... 61
6.6.1 SELECCIN DEL MICROCONTROLADOR .................................... 61
6.6.2 SELECCIN DE LOS SENSORES ............................................................ 63
6.6.3 SELECCIN DE LOS ELEMENTOS ELECTRNICOS ........................ 64
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6.6.4 FORMULAS APLICADAS EN EL SOFTWARE .................................... 65
6.7 METODOLOGA .................................................................................... 67
6.7.1 ADQUISICIN DE DATOS ........................................................................ 686.7.2 BANCO DE PRUEBAS TUTOR ............................................................ 69
6.7.3 MANTENIMIENTO .................................................................................... 76
6.8 ADMINISTRACIN .................................................................................... 79
6.8.1 COSTOS DIRECTOS .................................................................................... 79
6.8.2 COSTOS INDIRECTOS ........................................................................ 79
6.8.3 COSTO TOTAL DE LA INVERSIN ............................................................ 80
6.8.4 FINANCIAMIENTO .................................................................................... 80
6.9 PREVISION DE LA EVALUACIN ............................................................ 80
NDICE DE FIGURAS
Figura. 2.1 Diagrama de la distribucin de los inyectores .................11
Figura 2.2 Visualizacin de las cucharas en la Turbina Pelton .........12
Figura 2.3 Esquema de distribucin. .................12
Figura 2.4 Componentes de una turbina Francis de eje vertical .............14
Figura 2.5. Partes de una turbina Francis .....15
Figura2.6. Diagrama General de un SAD. .....18
Figura 2.7 Diagrama de la Adquisicin de datos . ...19
Figura 2.8. El acondicionamiento de seales .........24
Figura 2.9 Diagrama de la arquitectura Harvard .........25
Figura 6.1 Micro controladores .........60
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Figura 6.2 diagrama de pines. .....60
Figura 6.3 Sensor ptico TCRT 5000 .........62
Figura 6.4 Sensor de nivel de boya .............62Figura 6.3 Micro relay .............................................................62
INDICE DE TABLAS
Tabla 2.1 Clasificacin de las Maquinas hidrulicas. .........................42
Tabla 4.1 Clculo por mtodos manuales .............................................42
Tabla 4.2 Caudalmetro .....................................................................................43
Tabla 4.3 Mtodos para adquirir la fuerza en el freno. .....................................43
Tabla 4.4 Ejemplos de los sensores .............................................44
Tabla 4.5 Mtodos de adquisicin de datos .................................................45
INDICE DE ANEXOS
Anexo A. Caractersticas de los equipos .............................................................82
Anexo B. Programacin en Labiew .........................................................................86
Anexo C Estado del Banco de Pruebas. .............................................................93
Anexo D Cmo Instalar Labiew .........................................................................96
Anexo E Cmo instalar el Serial .......................................................................100
Anexo F Gua de Mantenimiento. .......................................................................102
Anexo G Gua de Prcticas ...................................................................................105
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Resumen Ejecutivo
El presente proyecto de investigacin referente al estudio del Banco de pruebas
TUTOR para determinar la Potencia y eficiencia de las turbinas Pelton y Francis,
tiene como finalidad primordial recuperar una herramienta que para los estudiantes va
a ser de gran ayuda para su capacitacin en Maquinas Hidrulicas.
El desarrollo de la investigacin nos proporcion un enfoque ms directo sobre el
mantenimiento que se le debi hacer al banco de pruebas para recuperarlo en su
totalidad, adems de las mejoras que se le pudo dar que estn ligadas a las nuevas
tecnologas.
La propuesta se baso en la correcta seleccin de los equipos para automatizar la
adquisicin de datos mediante micro controladores y un software que permita
mediante sensores medir el caudal de la turbina, la altura en la turbina, las
revoluciones en el eje de la turbina y as poder determinar la potencia y eficiencia.
La realizacin de un manual de funcionamiento va a permitir un aprovechamiento
adecuado y adems se incluyo un software que permita de una manera ms rpida al
estudiante observar la parte a dar mantenimiento, su descripcin y los procesos a
seguir para conservar el Banco de pruebas.
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CAPTULO I
EL PROBLEMA
1.1 TEMA
ESTUDIO EN EL BANCO DE PRUEBAS TUTOR PARA DETERMINAR
LA POTENCIA Y EFICIENCIA DE LAS TURBINAS PELTON Y FRANCIS
EN LA FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICA.
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.2.1 CONTEXTUALIZACIN
A nivel del pas son pocas las universidades que cuentan con bancos de pruebas
adecuados para obtener datos referentes para comprobar las aplicaciones de las
turbinas, tienen laboratorios de fluidos pero para aplicaciones generales y no
especficamente para trabajar con turbinas.
En las universidades a nivel de las provincias centrales del Ecuador no se dispone
de adecuados laboratorios que permitan al estudiante desarrollarse en el mbito de
generacin elctrica por medio de las turbinas Plton y Francis.
En la Universidad Tcnica de Ambato no se cuenta con un banco de pruebas en
ptimas condiciones; para determinar parmetros de las turbinas Plton y Francis
que relacione lo estudiado con la prctica; para un mayor entendimiento de las
centrales hidroelctricas.
1.2.2 ANALISIS CRTICO
Cuando no se tiene un adecuado conocimiento sobre las aplicaciones del Banco de
Pruebas; para determinar el rendimiento y eficiencia de las turbinas hidrulicas,
hace que el estudiante no tenga la capacidad de desenvolverse en este campo por
falta de un estudio completo que lo relacione con la realidad y lo lleve a trabajar
en alguna forma para mejorar el proceso de funcionamiento, para aplicarlo en la
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generacin elctrica, sin que exista desperdicio del recurso hdrico con un menor
impacto ambiental.
1.2.3 PROGNOSIS
La ausencia de un estudio del banco de pruebas estara relegando an ms el uso
de esta herramienta; y que es de mucha utilidad debido a que puede ayudar a
realizar prcticas sobre turbinas Plton y Francis que encaminara al estudiante a
relacionar lo terico con lo real.
1.2.4 FORMULACIN DEL PROBLEMA
La correcta adquisicin de parmetros de funcionamiento del Banco de pruebas
Tutor se podr contrastar con la teora aprendida en clases?
1.2.5 PREGUNTAS DIRECTRICES
Se podr realizar prcticas en el Banco de Pruebas que demuestre el
funcionamiento de las turbinas Plton y Francis?
Qu tipos de mantenimientos se debern adecuar para una conservacin
permanente del banco de pruebas?
Cules seran los procesos que se podrn automatizar en el banco de pruebas?
Qu tipos de prdidas se produce en el banco de pruebas para que disminuya la
eficiencia en las turbinas Plton y Francis?
1.2.6 DELIMITACIONES
1.2.6.1 DE CONTENIDO
CAMPO: Ingeniera Mecnica
AREA: Mecnica de Fluidos, Sistemas de Medicin y Control Industrial
ASPECTOS: Diseo de Micro Centrales Hidroelctricas
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TEMA: Estudio del banco de pruebas Tutor para determinar la potencia y
eficiencia de las turbina Pelton y Francis en la facultad de Ingeniera Civil y
Mecnica.
1.2.6.2 ESPACIAL
Este proyecto se va a realizar en la carrera de Ingeniera Mecnica de la Facultad
de Ingeniera Civil y Mecnica ubicada en Huachi de la ciudad de Ambato,
provincia de Tungurahua
1.2.6.3 TEMPORAL
El presente proyecto se va a realizar desde el mes de Marzo del 2011 al mes de
Julio del 2011.
1.3 JUSTIFICACIN.
Este proyecto va focalizado para la carrera de Ingeniera Mecnica de la UTA,
donde es un deber y obligacin realizar investigaciones que ayuden al desarrollo
de la carrera, en este caso mejorando un banco de pruebas que se encuentra en
malas condiciones de funcionamiento.
La realizacin de prcticas de laboratorio ayudar a que los estudiantes mejoren la
comprensin del funcionamiento de las turbinas Plton y Francis.
Este banco de pruebas ser de gran ayuda a las carreras de Ingeniera Civil e
Ingeniera Mecnica, posibilitando la capacitacin de estudiantes y personal que
est a cargo del manejo y operacin de equipos electromecnicos de generacin
hidroelctrica de pequea y mediana capacidad.
Lo novedoso ser el instalar equipos de adquisicin de datos debido a los
considerables cambios y avances tecnolgicos, ya que existe la necesidad de
cambiar equipos defectuosos que dan medidas anlogas que interfieren en la toma
de datos; lo que dificulta la apreciacin del funcionamiento del Banco de pruebas
para una mejor comprobacin entre lo real y lo terico.
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Al realizar las prcticas de laboratorio se podrn obtener con la automatizacin los
datos ms cercanos a la realidad, los mismos que se van a utilizar para adquirir
potencia y eficiencia en las turbinas Plton y Francis.
Es un proyecto factible porque existen fuentes bibliogrficas que sustenten la
investigacin, adems de que el costo es accesible en cuanto al cambio de equipos
de adquisicin de datos.
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 OBJETIVO GENERAL
Estudiar elbanco de pruebas Tutor para determinar la potencia y eficiencia delas turbinas Pelton y Francis.
1.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS.
Determinar el control y adquisicin de datos que puede ser utilizado en el banco
de Pruebas Tutor.
Investigar los tipos de Mantenimiento que ayuden a recuperar y conservar el
banco de pruebas Tutor.
Proponer una alternativa de solucin para mejorar la toma de datos y poder
determinar la potencia y eficiencia de las turbinas.
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CAPTULO II
MARCO TERICO
2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS
Se construy un laboratorio ubicado en la central hidroelctrica de Guangopolo de
la Empresa Elctrica Quito para la realizacin de pruebas de pequeas turbinas
hidrulicas aplicadas a la generacin de energa elctrica. Las potencialidades de
este banco de pruebas, van desde ensayos experimentales de aplicacin directa,
trazado de curvas caractersticas, hasta ensayos de comprobacin de tesis de
nuevas bases tericas en las pequeas y medianas turbinas hidrulicas,
hidrodinmica aplicada.
En la facultad de Ingeniera Civil Y Mecnica de la Universidad Tcnica de
Ambato reposa la tesis realizada en el ao de 1988 por dos estudiantes, Dilon
Moya y Byron Rodrguez para la obtencin del ttulo de Ingeniero Civil donde
hace referencia al banco de pruebas TUTOR, facilitando un manual de
utilizacin para realizar pruebas bsicas de medicin para un clculo aproximado
de las potencias generadas por las turbinas Plton y Francis; esto en forma simple
y con la utilizacin de equipos anlogos en los cuales los datos se los toma
referencialmente.
2.3 FUNDAMENTACION LEGAL
LEY ORGNICA DE EDUCACIN SUPERIOR
Captulo 2
Fines de la educacin superior
Art. 8.- Sern Fines de la Educacin Superior.- La educacin superior tendr los
siguientes fines:
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a) Aportar al desarrollo del pensamiento universal, al despliegue de la produccin
cientfica y a la promocin de las transferencias e innovaciones tecnolgicas.
d) Formar acadmicos y profesionales responsables, con conciencia tica ysolidaria, capaces de contribuir al desarrollo de las instituciones de la Repblica, a
la vigencia del orden democrtico, y a estimular la participacin social.
LEY DE REGIMEN DEL SECTOR ELCTRICO
El artculo 68 de la LEY DE RGIMEN DEL SECTOR ELCTRICO que dice
El CONELEC impulsar e instalar en todo el territorio nacional mini centrales
elctricas, para utilizar los variados recursos hdricos que tiene el Ecuador. Las
mini centrales generarn electricidad hasta un lmite de 10.0 Mw y el literal c) del
artculo 10 de la LEY ESPECIAL DE DESCENTRALIZACIN DEL ESTADO
Y DE PARTICIPACIN SOCIAL que dice: Los Consejos Provinciales
conjuntamente con las empresas elctricas promovern el desarrollo de proyectos
hidroelctricos.
De los puntos indicados, al que hay que prestarle especial atencin es al que tiene
que ver con la obtencin de recursos y concesin de crditos, pues este es el quepermitir an sin dar completa solucin a los dems, viabilizar la construccin de
pequeos y medianos proyectos de generacin hidroelctrica. En este aspecto vale
considerar para su posterior anlisis las siguientes posibilidades.
Incentivar y diversificar la produccin agrcola y artesanal para exportacin a fin
de que se intercambien productos por maquinaria para las centrales.
Incorporar a los micros centrales y mini centrales hidroelctricas como parte
constitutiva de los programas de desarrollo.
Promover entre las grandes empresas el auto abastecimiento mediante la
construccin de mini centrales y entre los inversionistas la produccin comercial
de energa.
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2.4 RED DE CATEGORAS FUNDAMENTALES
Variable Independiente Variable Dependiente
2.4.1 RED DE CATEGORAS VARIABLE INDEPENDIENTE
INGENIERA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL
Es la ingeniera dedicada a proyectar, disear, innovar, dirigir, mantener e
investigar equipos, dispositivos y sistemas de control, tomando en cuenta la
calidad de los procesos de trabajo, el uso eficiente de la energa y los recursos
naturales, los sistemas de informacin y el impacto ambiental atendiendo las
necesidades de las industrias bsicas y de servicios del sector productivo.
La Ingeniera de Control se preocup desde sus orgenes de la automatizacin y
del control automtico de sistemas complejos, sin intervencin humana directa.
Campos como el Control de procesos, Control de sistemas electromecnicos,
Supervisin y ajuste de controladores y otros donde se aplican teoras y tcnicas
entre las que podemos destacar: Control ptimo, Control Predictivo, Control
Robusto, Control no lineal, y Control de sistemas entre otros. Todo ello con
trabajos y aplicaciones muy diversas (investigacin bsica, investigacin aplicada,
militares, industriales, comerciales, etc.), las cuales han hecho de la Ingeniera de
Control una materia cientfica y tecnolgica imprescindible hoy en da.
Ingeniera en Control yAutomatizacin Industrial
Sistemas de Adquisicin ymedicin de Datos
Adquisicin de datos
Pruebas enBanco
Ingeniera Mecnica
Maquinas Hidrulicas
Turbinas hidrulicas
Potencia y
eficiencia de lasturbinas Plton yFrancis
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SISTEMAS DE ADQUISICIN Y MEDICIN DE DATOS.
Elobjetivobsico de los "Sistemas de Adquisicin de Datos", es laintegracin de
los diferentesrecursos que lo integran (Figura. 2.6): Transductores de diferentestipos y naturaleza, multiplexores, amplificadores, sample and hold, conversores
A/D y D/A, adems el uso del micro controlador 8051 como CPU del SAD
diseado, utilizando de este micro controlador todas sus prestaciones:
interrupciones, temporizadores, comunicacin serie as como hacer uso de
memorias y puertos externos y creando con todo ello unsistema que se encargue
de una aplicacin especifica cmo es chequear una variables (PH, humedad
relativa, temperatura, iluminacin, concentracin, etc ) para una posterior
utilizacin de la misma ya sea con finesdocentes,cientficos, dealmacenamiento
ocontrol y utilizacin de la misma.
Un Sistema de Adquisicin de Datos no es ms que un equipo electrnico cuya
funcin es el control o simplemente el registro de una o varias variables de un
proceso cualquiera, de forma general puede estar compuesto por los siguientes
elementos.
Sensores. Amplificadores operacionales. Amplificadores deinstrumentacin. Aisladores. Multiplexores analgicos. Multiplexores digitales. Circuitos Sample and Hold. Conversores A-D. Conversores D-A. Microprocesadores. Contadores. Filtros. Comparadores. Fuentes depotencia.
http://www.monografias.com/trabajos16/objetivos-educacion/objetivos-educacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/funpro/funpro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/refrec/refrec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/naturaleza/naturaleza.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/multiplexor/multiplexor.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/comptcn/comptcn.shtml#UCPhttp://www.monografias.com/trabajos15/cumplimiento-defectuoso/cumplimiento-defectuoso.shtml#INCUMPLhttp://www.monografias.com/trabajos12/fundteo/fundteo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/memorias/memorias.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/guiainf/guiainf.shtml#HIPOTEShttp://www.monografias.com/trabajos15/proteinas/proteinas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/ilum/ilum.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos28/docentes-evaluacion/docentes-evaluacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/control/control.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/regi/regi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/inba/inba.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/inba/inba.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/regi/regi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/control/control.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos28/docentes-evaluacion/docentes-evaluacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/ilum/ilum.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/proteinas/proteinas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/guiainf/guiainf.shtml#HIPOTEShttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/memorias/memorias.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/fundteo/fundteo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/cumplimiento-defectuoso/cumplimiento-defectuoso.shtml#INCUMPLhttp://www.monografias.com/trabajos12/comptcn/comptcn.shtml#UCPhttp://www.monografias.com/trabajos14/multiplexor/multiplexor.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/naturaleza/naturaleza.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/refrec/refrec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/funpro/funpro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/objetivos-educacion/objetivos-educacion.shtml -
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Figura2.6.- Diagrama General de un SAD.
[Fuente: http://www.logistec.com.co/logistec/procesos.htm]
El S.A.D debe tener unaestructura yorganizacin muy equilibrada que le permita
su buen funcionamiento de ello depende de que el mismo rinda al mximo y sin
ningn defecto.
ADQUISICIN DE DATOS
El propsito de adquisicin de datos es medir un fenmeno elctrico y fsico
como voltaje, corriente, temperatura, presin o sonido. La adquisicin de datos
basada en PC utiliza una combinacin de hardware modular, software de
aplicacin y una PC para realizar medidas. Mientras cada sistema de adquisicin
de datos se define por sus requerimientos de aplicacin, cada sistema comparte
una meta en comn de adquirir, analizar y presentar informacin.
Los sistemas de adquisicin de datos incorporan seales, sensores, actuadores,
acondicionamiento de seales, dispositivos de adquisicin de datos y software de
aplicacin.(Figura 7).
http://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos6/napro/napro.shtmlhttp://www.monografias.com/http://www.monografias.com/trabajos6/napro/napro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtml -
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Figura 2.7 Diagrama de la Adquisicin de datos.
[Fuente: http://hgr.tripod.com/adquisicion_datos.html]
Los dispositivos que se pueden considerar para la adquisicin adecuada de datos
del Banco de pruebas, son sensores, transductores, actuadores que por espacio
faciliten las lecturas.
Sensores
Un sensor convierte una seal fsica de un tipo en una seal fsica de otra
naturaleza. Por ejemplo una termocupla produce un voltaje que est relacionado
con la temperatura, as mismo en una resistencia metlica se aprovecha el
fenmeno de variacin de la resistencia con la temperatura para producir una
seal de voltaje que sea proporcional a la temperatura
Detectores de ultrasonidos
Los detectores de ultrasonidos resuelven los problemas de deteccin de objetos de
prcticamente cualquier material. Trabajan en ambientes secos y polvorientos.
Normalmente se usan para control de presencia/ausencia, distancia o rastreo.
Interruptores bsicos
Se consiguen interruptores de tamao estndar, miniatura, subminiatura,
hermticamente sellados y de alta temperatura. Los mecanismos de precisin se
ofrecen con una amplia variedad de actuadores y caractersticas operativas. Estos
interruptores son idneos para aplicaciones que requieran tamao reducido, poco
peso, repetitividad y larga vida.
http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/3536 -
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Interruptores final de carrera
Descripcin: El microswitch es un conmutador de 2 posiciones con retorno a la
posicin de reposo y viene con un botn o con una palanca de accionamiento, lacual tambin puede traer una ruedita.
Funcionamiento: En estado de reposo la patita comn (COM) y la de contacto
normal cerrado (NC), estn en contacto permanente hasta que la presin aplicada
a la palanca del microswitch hace saltar la pequea platina acerada interior y
entonces el contacto pasa de la posicin de normal cerrado a la de normal abierto
(NO), se puede escuchar cuando el microswitch cambia de estado, porque se oye
un pequeo clic, esto sucede casi al final del recorrido de la palanca.
Interruptores manuales.
Estos son los sensores ms bsicos, incluye pulsadores, llaves, selectores rotativos
y conmutadores de enclavamiento. Estos productos ayudan al tcnico e ingeniero
con ilimitadas opciones en tcnicas de actuacin y disposicin de componentes.
Productos encapsulados.
Diseos robustos, de altas prestaciones y resistentes al entorno o hermticamente
sellados. Esta seleccin incluye finales de carrera miniatura, interruptores bsicos
estndar y miniatura, interruptores de palanca y pulsadores luminosos.
Productos para fibra ptica.
El grupo de fibra ptica est especializado en el diseo, desarrollo y fabricacin
de componentes optoelectrnicos activos y submontajes para el mercado de la
fibra ptica. Los productos para fibra ptica son compatibles con la mayora de
los conectores y cables de fibra ptica multimodo estndar disponibles
actualmente en la industria.
Productos infrarrojos
La optoelectrnica es la integracin de los principios pticos y la electrnica de
semiconductores. Los componentes optoelectrnicos son sensores fiables y
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econmicos. Se incluyen diodos emisores de infrarrojos (IREDs), sensores y
montajes.
Sensores para automocin.
Se incluyen sensores de efecto Hall, de presin y de caudal de aire. Estos sensores
son de alta tecnologa y constituyen soluciones flexibles a un bajo costo. Su
flexibilidad y durabilidad hace que sean idneos para una amplia gama de
aplicaciones de automocin.
Sensores de caudal de aire.
Los sensores de caudal de aire contienen una estructura de pelcula fina aisladatrmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor. La
estructura de puente suministra una respuesta rpida al caudal de aire u otro gas
que pase sobre el chip.
Sensores de corriente
Los sensores de corriente monitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen
sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Lossensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor,
abrir una vlvula o desconectar una bomba. La seal lineal duplica la forma de la
onda de la corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta
para controlar un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una mquina.
Sensores de efecto Hall.
Son semiconductores y por su costo no estn muy difundidos pero en
codificadores ("encoders") de servomecanismos se emplean mucho.
Sensores de humedad.
Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa estn
configurados con circuitos integrados que proporcionan una seal acondicionada.
Estos sensores contienen un elemento sensible capacitivo en base de polmeros
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que interacciona con electrodos de platino. Estn calibrados por lser y tienen una
intercambiabilidad de +5% HR, con un rendimiento estable y baja desviacin.
Sensores de posicin de estado slido
Los sensores de posicin de estado slido, detectores de proximidad de metales y
de corriente, se consiguen disponibles en varios tamaos y terminaciones. Estos
sensores combinan fiabilidad, velocidad, durabilidad y compatibilidad con
diversos circuitos electrnicos para aportar soluciones a las necesidades de
aplicacin.
Sensores de presin y fuerza
Los sensores de presin son pequeos, fiables y de bajo costo. Ofrecen una
excelente repetitividad y una alta precisin y fiabilidad bajo condiciones
ambientales variables. Adems, presentan unas caractersticas operativas
constantes en todas las unidades y una intercambiabilidad sin recalibracin.
Sensores de temperatura
Los sensores de temperatura se catalogan en dos series diferentes: TD yHEL/HRTS. Estos sensores consisten en una fina pelcula de resistencia variable
con la temperatura (RTD) y estn calibrados por lser para una mayor precisin e
intercambiabilidad. Las salidas lineales son estables y rpidas.
Sensores de turbidez.
Los sensores de turbidez aportan una informacin rpida y prctica de la cantidad
relativa de slidos suspendidos en el agua u otros lquidos. La medicin de la
conductividad da una medicin relativa de la concentracin inica de un lquido
dado.
Sensores magnticos.
Los sensores magnticos se basan en la tecnologa magnetoresisitiva SSEC.
Ofrecen una alta sensibilidad. Entre las aplicaciones se incluyen brjulas, control
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remoto de vehculos, deteccin de vehculos, realidad virtual, sensores de
posicin, sistemas de seguridad e instrumentacin mdica.
Sensores de presin
Los sensores de presin estn basados en tecnologa piezoresistiva, combinada
con microcontroladores que proporcionan una alta precisin, independiente de la
temperatura, y capacidad de comunicacin digital directa con PC. Las
aplicaciones afines a estos productos incluyen instrumentos para aviacin,
laboratorios, controles de quemadores y calderas, comprobacin de motores,
tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado.
Mtodos para adquirir datos.
Una vez teniendo en consideracin los datos y dispositivos que necesitamos para
adquisicin de datos que nos permitan determinar la potencia y eficiencia de las
turbinas, se investigan los procesos para almacenar los datos obtenidos a una
computadora las cuales se describen a continuacin.
TARJETAS DAQ.
Los sistemas de adquisicin de datos (DAQ) basados en PC y dispositivos
insertables son usados en un amplio rango de aplicaciones en los laboratorios, en
el campo y en el piso de una planta de manufactura.
Tpicamente, los dispositivos DAQ insertables son instrumentos de propsito
general diseados para medir seales de voltaje.
El problema es que la mayora de los sensores y transductores generan seales que
debe acondicionar antes de que un dispositivo DAQ pueda adquirir con precisin
la seal. Este procesamiento al frente, conocido como acondicionamiento de
seal, incluye funciones como amplificacin, filtrado, aislamiento elctrico y
multiplexado. Es as que la mayora de los sistemas DAQ basados en PC incluyen
algn tipo de acondicionamiento de seal adems del dispositivo DAQ y la PC,
como lo muestra la (Figura 2.8).
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Figura 2.8. El acondicionamiento de seales es un componente importante en un sistema de
adquisicin de datos [Fuente: www.ni.com]
Sistemas de switcheo al frente tambin incrementan la funcionalidad de su
sistema de medicin y automatizacin. Switcheo de propsito general le
proporciona control digital de la presencia o ausencia de su seal en el sistema,
como la alimentacin a un motor. Configuraciones de multiplexores/matriz de
relevadores controlan la fuente y ruta de las seales en su sistema o actan como
multiplexores para dispositivos como multmetros digitales (DMMs).
Microcontroladores.
Son diseados para reducir el costo econmico y el consumo de energa de un
sistema en particular. Por eso el tamao de la unidad central de procesamiento, la
cantidad de memoria y los perifricos incluidos dependern de la aplicacin. El
control de un electrodomstico sencillo como una batidora, utilizar un
procesador muy pequeo (4 u 8 bit) por que sustituir a un autmata finito.
Caractersticas relevantes de los PIC
1. La arquitectura del procesador sigue el modelo Harvard. (Figura 2.9)
La repercusin ms importante del empleo de la arquitectura Harvard en los
microcontroladores PIC se manifiesta en la organizacin de la memoria del
sistema. La memoria de programa o instrucciones es independiente de la de los
datos, teniendo tamaos y longitudes de palabra diferentes.
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FIGURA 2.9 Diagrama de la arquitectura Harvard
[Fuente: http://perso.wanadoo.es/pictob/micropic.htm ]
La arquitectura Harvard permite a la CPU acceder simultneamente a las dosmemorias. Adems, propicia numerosas ventajas al funcionamiento del sistema.
En los PIC, el formato de las instrucciones es de 12 bits, 14 bits o 16 bits segn el
modelo y, en consecuencia, la longitud de las palabras de la memoria de
instrucciones o programa corresponde con esa longitud. Este tamao permite
codificar en una palabra el cdigo de operacin de la instruccin junto al operando
o su direccin.
2. Se aplica la tcnica de segmentacin ("pipe-line") en la ejecucin de las
instrucciones.
La segmentacin permite al procesador realizar al mismo tiempo la ejecucin de
una instruccin y la bsqueda del cdigo de la siguiente. De esta forma se puede
ejecutar cada instruccin en un ciclo (en los PIC cada ciclo de instruccin son
cuatro ciclos de reloj).
3. El formato de todas las instrucciones tiene la misma longitud.
Las instrucciones de los micro controladores ms sencillos tienen una longitud de
palabra de 12 bits. Los medianos tienen 14 bits y los de mayor complejidad tienen
ms longitud. Esta caracterstica es muy ventajosa en la optimizacin de la
memoria de instrucciones y facilita enormemente la construccin de
ensambladores y compiladores.
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4. Procesador RISC (Computador de Juego de Instrucciones Reducido).
Las CPUs atendiendo al tipo de instrucciones que utilizan pueden clasificarse en:
CISC: (Complex Instruction Set Computer) Computadores de juego de
instrucciones complejo, que disponen de un repertorio de instrucciones elevado
(80, 100 o ms), algunas de ellas muy sofisticadas y potentes, pero que como
contrapartida requieren muchos ciclos de mquina para ejecutar las instrucciones
complejas.
RISC: (Reduced Instruction Set Computer) Computadores de juego de
instrucciones reducido, en los que el repertorio de instrucciones es muy reducido,
las instrucciones son muy simples y suelen ejecutarse en un ciclo mquina.
SISC: (Specific Instriction Set Computer) Computadores de juego de
instrucciones especfico. En los micro controladores destinados a aplicaciones
muy concretas, el juego de instrucciones, adems de ser reducido, es "especfico",
es decir, las instrucciones se adaptan a las necesidades de la aplicacin prevista.
5. Todas las instrucciones son ortogonales.
Cualquier instruccin puede manejar cualquier elemento de la arquitectura como
fuente o como destino. En los PIC el manejo del banco de registros, que
participan activamente en la ejecucin de las instrucciones, es muy interesante al
ser ortogonales.
6. Arquitectura basada en un banco de registros.
La arquitectura basada en banco de registros implica que todos los elementos del
sistema, es decir, temporizadores, puertos de entrada/salida, posiciones de
memoria, etc, estn implementados fsicamente como registros.
7. Prcticamente todos los PIC se caracterizan por poseer unos mismos recursos
mnimos:
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Sistema POR (POWER ON RESET).Todos los PIC tienen la facultad de generar una autoreinicializacin o
autoreset al conectarles la alimentacin.
Perro guardian, (Watchdog)Existe un temporizador que produce un reset automticamente si no es
recargado antes de que pase un tiempo prefijado.
Cdigo de proteccin.Cuando se procede a realizar la grabacin del programa, puede protegerse
para evitar su lectura.
Modo de reposo (bajo consumo o SLEEP).Ejecutando una instruccin (SLEEP), el CPU y el oscilador principal se
detienen y se reduce notablemente el consumo.
Modo de reposo (bajo consumo o SLEEP).
8. Modelos de arquitectura cerrada y de arquitectura abierta.
Entre los fabricantes de microcontroladores hay dos tendencias para resolver las
demandas de los usuarios:
Microcontroladores de arquitectura cerrada.Cada modelo se construye con una determinada CPU, cierta capacidad de
memoria de datos, cierto tipo y capacidad de memoria de instrucciones, un
nmero de E/S y un conjunto de recursos auxiliares muy concreto.
Microcontroladores de arquitectura abierta.Estos microcontroladores se caracterizan porque, adems de disponer de una
estructura interna determinada, pueden emplear sus lneas de E/S para sacar al
exterior los buses de datos, direcciones y control, con lo que se posibilita la
ampliacin de la memoria y las E/S con circuitos .integrados externos.
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9. Diversidad de modelos de microcontroladores.
La gran variedad de modelos de microcontroladores PIC permite que el usuario
pueda seleccionar el ms conveniente para su proyecto.
10. Amplio margen de alimentacin y corrientes de salida elevadas.
La tensin tpica de los PIC es de 5 v, si bien segn que modelos se pueden
alimentar con tensiones de 2 a 6,25 voltios, lo cual posibilita el funcionamiento
mediante pilas corrientes teniendo en cuenta su bajo.
11. Herramientas de soporte potentes y econmicas.
Eleccin de un Micro controlador
Obviando factores generales, como el precio o el tamao, las caractersticas que
nos ayudan a decidir entre la gran variedad de micro controladores (PIC) son:
Nmero de bits: Arquitecturas de 8, 16 y 32 bits. Velocidad: en MIPS o en MHz. De 4MHz a 80MHz. Memoria de programa: Tamao: de 300Bs a 512KBs. Tipo: Flash (regrabable) vs OTP (programable una nica vez). Memoria principal: de 16Bs a 64KBs. Memoria permanente: EEPROM de 0 a 4KBs. Temperatura de trabajo: De -40C a 150C. Voltaje: desde 18V. Encapsulado: DIP/SPDIP para prototipos. Otros: SOIC, QFN, SSOP,
TQFP, DFN.
Pines de E/S y pines totales: 4 a 85 / 6 a 100 Unidades de E/S y otros componentes: Conversores A/D. Puertos de comunicacin digital (serie, RF, Ethernet, USB). Temporizadores, comparadores, PWM, capturadores.
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PLC
Es un equipo electrnico, programable en lenguaje no informtico, diseado para
controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial procesos secuenciales.
Las ventajas en el uso del PLC comparado con sistemas basados en rel o
sistemas electromecnicos son:
Flexibilidad: Posibilidad de reemplazar la lgica cableada de un tablero ode un circuito impreso de un sistema electrnico, mediante un programa
que corre en un PLC.
Tiempo: Ahorro de tiempo de trabajo en las conexiones a realizar, en lapuesta en marcha y en el ajuste del sistema.
Cambios: Facilidad para realizar cambios durante la operacin del sistema. Confiabilidad. Espacio. Modularidad. Estandarizacin.
El autmata programable consta de los siguientes componentes:
a) Unidad central de procesamiento (CPU), que constituye el "cerebro" delsistema y toma decisiones en base a la aplicacin programada.
b) Mdulos para seales digitales y analgicas (I/O)c) Procesadores de comunicacin (CP) para facilitar la comunicacin entre el
hombre y la mquina o entre mquinas. Se tiene procesadores de
comunicacin para conexin a redes y para conexin punto a punto.
d) Mdulos de funcin (FM) para operaciones de clculo rpido.Existen otros componentes que se adaptan a los requerimientos de los usuarios:
- Mdulos de suministro de energa.- Mdulos de interfaces para conexin de racks mltiples en configuracin
multi-hilera
En los mdulos de entrada pueden ser conectados:
-
Sensores inductivos, capacitivos, pticos
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- Interruptores- Pulsadores- Llaves- Finales de carrera- Detectores de proximidad
En los mdulos de salida pueden ser conectados:
- Contactores- Electrovlvulas- Variadores de velocidad- Alarmas
CLASIFICACIN DE AUTMATAS
COMPACTOS: Suelen integrar en el mismo bloque la alimentacin, entradas y
salidas y/o la CPU.
MODULARES: Estn compuestos por mdulos o tarjetas adosadas a rack con
funciones definidas: CPU, fuente de alimentacin, mdulos de E/S, etc
PRUEBAS EN BANCO
Un banco de pruebas es una plataforma para experimentacin de proyectos de
gran desarrollo. Los bancos de pruebas brindan una forma de comprobacin
rigurosa, transparente y repetible de teoras cientficas, elementos
computacionales, y otras nuevas tecnologas.
El trmino se usa en varias disciplinas para describir un ambiente de desarrollo
que est protegido de los riesgos de las pruebas en un ambiente de produccin. Un
banco de pruebas se usa cuando un nuevo mdulo se prueba aparte del programa
al que luego ser agregado.
El Banco de pruebas a estudiar consta principalmente de dos turbinas: La Plton y
La Francis, una bomba la cual est controlada por un variador de frecuencia,
Dinammetros, Manmetros y frenos en las turbinas para poder determinar las
potencias, la funcin principal de este banco de pruebas es mostrar el
funcionamiento simplificado de una micro central hidroelctrica.
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Para variar los parmetros se utiliza el variador de velocidad de la bomba, una
vlvula para la apertura del chifln en la turbina Plton, una palanca que
direcciona los labes de la turbina Francis y la fuerza en el freno de las turbinas.
2.4.2 RED DE CATEGORAS VARIABLE DEPENDIENTE
INGENIERA MECNICA
La Ingeniera Mecnica es un campo muy amplio de la ingeniera que implica el
uso de los principios fsicos para el anlisis, diseo, fabricacin y mantenimiento
de sistemas mecnicos. Tradicionalmente, ha sido la rama de la Ingeniera que
mediante la aplicacin de los principios fsicos ha permitido la creacin de
dispositivos tiles, como utensilios y mquinas.Los ingenieros mecnicos usan
principios como el calor, la fuerza y la conservacin de la masa y la energa para
analizarsistemas fsicos estticos y dinmicos, contribuyendo a disear objetos.
La Ingeniera Mecnica es la rama de las mquinas, equipos e instalaciones
teniendo siempre en mente aspectos ecolgicos y econmicos para el beneficio de
la sociedad. Para cumplir con su labor, la ingeniera mecnica analiza las
necesidades, formula y soluciona problemas tcnicos mediante un trabajo
interdisciplinario, y se apoya en los desarrollos cientficos, traducindolos en
elementos, mquinas, equipos e instalaciones que presten un servicio adecuado,
mediante el uso racional y eficiente de los recursos disponibles.
Con el pasar del tiempo y al igual que en otras disciplinas, la ingeniera Mecnica
se ha ramificado en otras reas como lo son:
Esttica : Estudio del equilibrio de fuerzas, sobre un cuerpo en reposo.
Dinmica : Estudio de como las fuerzas afectan el movimiento de los cuerpos.
Termodinmica ytransferencia de calor:Estudio de las causas en los cambios de
temperatura y transferencia de calor en los materiales.
Mecnica de los fluidos:Estudio de la reaccin de los fluidos bajo la accin de las
fuerzas.
http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistemahttp://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%A1ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Din%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transferencia_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_los_fluidoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_los_fluidoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Transferencia_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Din%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%A1ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistemahttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina -
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La ingeniera mecnica se extiende de tal forma que es capaz de abordar un
problema con la racionalizacin de varios factores que pueden estar afectando y
que son fundamentales para hallar determinada solucin
MQUINAS HIDRULICAS1
Las mquinas hidrulicas son mquinas de fluido incompresible, o que se
comporta como tal, es decir fluidos cuya densidad en el interior de la mquina no
sufre variaciones importantes. Convencionalmente se especifica para los gases un
lmite de 100 mbarpara el cambio de presin; de modo que si ste es inferior, la
mquina puede considerarse hidrulica.
En los motores hidrulicos, la energa del fluido que atraviesa la mquina
disminuye, obtenindose energa mecnica.
En el caso de generadores hidrulicos, el proceso es el inverso, de modo que el
fluido incrementa su energa al atravesar la mquina.
Las mquinas volumtricas, exceptuando algunas mquinas rotoestticas que por
su diseo no pueden invertir su movimiento, son reversibles, de modo que pueden
funcionar indistintamente como generador o motor.
Tabla 2.1 Clasificacin de las Maquinas hidrulicas. (l=lquido, g=gas).
Motoras Volumtricas Alternativas- Bombas de mbolo
Rotativas- Bombas roto estticas
Turbomquinas Turbinas hidrulicas (l)
Aerogeneradores (g)
Generadoras Volumtricas Alternativas- Bombas de mbolo
Rotativas- Bombas roto estticas
Turbomquinas Bombas roto dinmicas (l)
Ventiladores (g)
1DE PARRES, J. L., Mquinas Hidrulicas, Mxico.
http://enciclopedia.us.es/index.php/M%C3%A1quina_de_fluidohttp://enciclopedia.us.es/index.php/Barhttp://enciclopedia.us.es/index.php/Barhttp://enciclopedia.us.es/index.php/M%C3%A1quina_de_fluido -
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TURBINAS HIDRULICAS2
La turbina hidrulica es la encargada de transformar la energa mecnica en
energa elctrica, por esto es de vital importancia saber elegir la turbina adecuadapara cada sistema hidroelctrico.
La turbina, palabra relacionada con el torbellino creado por un fluido, se entiende
todo dispositivo mecnico capaz de convertir en trabajo, en la forma de
movimiento de rotacin, la energa cintica presente en masas de agua, vapor o
gas, al encontrarse stas dotadas de una determinada velocidad de desplazamiento.
La aplicacin inmediata del trabajo mecnico desarrollado en la turbina, es la de
hacer girar al rotor del generador de energa elctrica, en el cual se realiza la
transformacin de la energa mecnica en energa elctrica.
Las turbinas se pueden clasificar de varias maneras estas son:
a.- Segn la direccin en que entra el agua:
Turbinas axiales: el agua entra en el rodete en la direccin del eje. Turbinas radiales: el agua entra en sentido radial, no obstante el agua
puede salir en cualquier direccin.
b.- De acuerdo al modo de obrar del agua:
Turbinas de chorro o de accin simple o directa. Turbinas de sobrepresin o de reaccin.
c.- Segn la direccin del eje:
Horizontales.
Verticales.Se inicia el estudio de los tres tipos de turbinas hidrulicas utilizados con mejores
resultados en la actualidad. De cada uno de dichos tipos, mencionaremos las
caractersticas tcnicas y de aplicacin ms destacadas que los identifican, la
descripcin de los distintos elementos que componen cada turbina, as como el
principio de funcionamiento de las mismas.
2MATAIX, C., Turbomquinas Hidralicas, Editorial ICAI,
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Los dos tipos objeto de estudio son:
Turbinas PELTON Turbinas FRANCIS
Turbina Plton3
Esta turbina hidrulica fue inventada por el Americano Lester Plton acerca del
ao 1880. Se trata de una mquina de chorro libre. Se encuentran al rodete los
labes en forma de copa, cada uno subdivididos en dos medios casquillos por un
canto vivo.
Con el objeto de aumentar la potencia de una misma turbina, con un determinado
salto hidrulico, se aaden ms inyectores repartidos en la periferia, pudiendo
llegar a 6 en turbinas de gran tamao (Figura 2.1). Un nmero excesivo de
inyectores ocasiona una prdida de rendimiento por interferir mutuamente sus
flujos al caer el agua.
Figura. 2.1 Diagrama de la distribucin de los inyectores en una Turbina Plton
[Fuente www.google.com/imgres?imgurl ]
El rotor est constituido por un disco que soporta unas cucharas con doble
cavidad, peridicamente dispuestas en su periferia, (Figura 2.2).
3Fox, R.W. McDonald, A.T. Introduccin a la Mecnica de Fluidos. Ed. McGraw-Hill. 1989.
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Figura 2.2 Visualizacin de las cucharas en la Turbina Pelton
[Fuente: http://www4.ujaen.es/~dfernan/turbina_pelton.htm]
El principio de la turbina Plton es convertir la energa cintica del chorro de agua
en velocidad de rotacin de la rueda o rotor. A fin de que esto se haga con la
mxima eficiencia el agua debe abandonar las cucharas con una pequea cantidadde energa cintica remanente. Debido al gradiente favorable de presin el flujo
ser laminar y muy aproximadamente ideal e incompresible, por lo que la frmula
de Bernoulli aplicada entre la tubera de llegada en la cual existe una altura neta
Hn y la seccin de salida a la atmsfera (P = 0) (Figura 2.3) nos permite predecir
la velocidad de salida co:
Figura 2.3 Esquema de la distribucin de los parmetros que influyen en la Turbina Plton
[Fuente: http://members.tripod.com/mqhd_ita.mx/u3.htm]
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Los labes pueden estar fundidos con la misma rueda o unidos individualmente
por medio de bulones o pernos. La forma de fabricacin ms comn es por
separado labes y rueda ya que facilita su construccin y mantenimiento. Se
funden en una sola pieza rueda y labes cuando la rueda tiene un gran velocidad
especfica, con este proceso de fabricacin se logra mayor rigidez, solidez
uniformidad y montaje rpido. Se debe tener especial cuidado al escoger el
material de fabricacin adecuado en una turbina Plton; este material debe resistir
la fatiga, la corrosin y la erosin; la fundicin de grafito laminar y acero, resisten
perfectamente estas condiciones cuando son moderadas.
El Nmero de labes suele ser de 17 a 26 por rueda, todo esto dependiendo de la
velocidad especfica; Cuando se necesita una velocidad alta el nmero de labes
es pequeo debido a que a mayor velocidad especfica, mayor caudal lo que exige
labes ms grandes y con esto caben menos en cada rueda. El caudal puede ser
influenciado por una algunas toberas de aguja a ser regladas precisamente. El
agua sale de las toberas, siendo tangencialmente admitida a los labes
subdivididos del rodete.
Actualmente existen turbinas Plton dentro de los rangos que siguen:
Cadas de entre 100 y 500 metros Caudales de entre 0,06 y 1,0 m/s Potencias nominales de entre 50 y 2.000 Kw
Turbinas Francis4
Son turbinas de sobrepresin por ser variable la presin en las zonas del rodete, o
de admisin total ya que ste se encuentra sometido a la influencia directa delagua en toda su periferia. Tambin se conocen como turbinas radiales-axiales y
turbinas de reaccin, conceptos que se ampliarn en su momento.
El campo de aplicacin es muy extenso, dado el avance tecnolgico conseguido
en la construccin de este tipo de turbinas. Pueden emplearse en saltos de distintas
alturas dentro de una amplia gama de caudales (entre 2 y 200 m3/s
aproximadamente). Consideraremos la siguiente clasificacin, en funcin de la
4Fox, R.W. McDonald, A.T. Introduccin a la Mecnica de Fluidos. Ed. McGraw-Hill. 1989.
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velocidad especfica del rodete, cuyo nmero de revoluciones por minuto depende
de las caractersticas del salto.
- Turbina Francis lenta. Para saltos de gran altura (alrededor de 200 m o ms).- Turbina Francis normal. Indicada en saltos de altura media (entre 200 y 20 m)
- Turbinas Francis rpidas y extra rpidas. Apropiadas a saltos de pequea
altura.(inferiores a 20 m).
Componentes de una turbina Francis.- La relacin de componentes
fundamentales, considerando como referencia, siempre que ello sea factible, el
sentido de circulacin del agua por la turbina, es el siguiente (Figura. 2.4):
Figura 2.4Componentes de una turbina Francis de eje vertical.
[Fuente: http://www.caballano.com/francis.htm]
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rganos principales de una turbina Francis.
Figura 2.5. Partes de una turbina Francis
[Fuente: http://members.tripod.com/mqhd_ita.mx/maqinas4.htm]
La carcasa, caja espiral o caracol como ya se a dicho es un ducto alimentador de
seccin generalmente circular y dimetro decreciente, que circula al rotor,
procurando el fluido necesario para la operacin de la turbina. Generalmente es
lmina de acero.
El distribuidor, lo constituye una serie de alabes directores en forma de persianacircular cuyo paso se puede modificar con la ayuda de un servomotor lo que
permite imponer al fluido la direccin de ataque exigida por el rodete mvil y
adems regula el gasto de acuerdo con la potencia exigida de la turbina. El
distribuidor se transforma parcialmente la energa de presin en energa cintica.
El rodete mvil o rotor. Est formado por los propios alabes, los cuales estn
engastados en un plato perpendicular al eje de la maquina, de cuyo plato arrancan
siguiendo la direccin axial, tomando en forma progresiva un alabeo y abrindose
a hacia la direccin radial.
El tubo de desfogue o difusor, da salida al agua de la tubera y al mismo tiempo
procura una ganancia en carga esttica hasta el valor de la presin atmosfrica
debido a su forma diferente se tiene as a la salida del rotor una presin ms baja
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POTENCIA Y EFICIENCIA DE LAS TURBINAS PELTON Y FRANCIS
Actualmente es necesario desarrollar la construccin de turbinas para el
aprovechamiento de pequeos saltos hidrulicos, por lo cual se requiere que lasmismas sean capaces de transformar eficientemente la energa cintica delagua en
energamecnica.
A nivel internacional existe la tendencia a realizar diseos cada vez ms eficientes
con el uso de sistemas computacionales que permiten simular las condiciones de
trabajobajo las cuales trabajar el equipo. No obstante a el alto nivel alcanzado en
este campo es fundamental tambin tener en cuenta que cuando se efecta el
diseo de una turbo mquina se deben tener en cuenta una serie de parmetros queinfluyen de una forma u otra sobre el funcionamiento de una turbina. Algunos de
estos factores estn relacionados con la instalacin y explotacin del equipo y
otros con el diseo hidrulico de las partes que lo componen.
Es conocido que a veces la obtencin de potencia es ms importante que una
razonable prdida en laeficiencia,no obstante cuando se realiza el diseo siempre
se trata de tener en cuenta las recomendaciones existentes para que las prdidas
que ocurran dentro de la turbina sean minimizadas.
Es por esto que se hace necesario exponer con claridad la influencia que tienen
estos parmetros sobre la eficiencia y como se puede minimizar la ocurrencia
prdidas durante el funcionamiento de una turbina. El rendimiento hidrulico, con
la mquina actuando con grado de admisin y altura de suministro constantes
tiene una dependencia parablica si los coeficientes son constantes.
Coincide el punto de mximo rendimiento (eficiencia) con el de mxima potencia,
es decir con el punto de mxima productividad, lo cual es conveniente
econmicamente. El rendimiento es nulo a mquina parada, as como a una
velocidad a la que se anule el par til, pues la energa extrada del chorro se
invierte exclusivamente en las prdidas mecnicas.
http://www.monografias.com/trabajos35/materiales-construccion/materiales-construccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/moviunid/moviunid.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/moviunid/moviunid.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/materiales-construccion/materiales-construccion.shtml -
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PROCEDIMIENTO
- Colocar la Turbina en la posicin correcta para un aprovechamientomximo del chorro de agua.
- Poner en condiciones de encendido a la bomba (cebado).- Encender el motor.- Tomar la presin a la salida del chorro.- Aplicar la fuerza del freno en la turbina seleccionada.- Tomar lectura del dinammetro.- Tomar lectura de las revoluciones que marca el tacmetro.- Obtener la medida de la turbina, del freno y del tacmetro; en especial
estos dos ltimos datos para hacer la transformacin de las revoluciones.
- Medir la altura del liquido en el vertedero para poder hallar el caudalusado durante el ensayo
- Despus de tomar la totalidad de datos, se procesaran para hallar laspotencias, eficiencias y velocidades.
- Graficar los resultados cada variable en funcin de la rpm.
CLCULOS
POTENCIA MECNICA
=2
60 (2.1)
= (2.2)
F= Fuerza de frenado
N= RPM del eje de la turbina.
T= Torque
POTENCIA HIDRULICA
= (2.3)
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Donde
=Peso especifico del agua.
=Caudal
=Carga de la turbina
EFICIENCIA
=
100% (2.4)
Donde
Nt= Eficiencia
PM=Potencia Mecnica
PH=Potencia Hidrulica
2.5 HIPTESIS
La adquisicin de datos mediante un sistema de control, permitir al estudiante en
el banco de pruebas Tutor determinar la potencia y eficiencia de las turbinas
Pelton y Francis con mayor facilidad?
2.6 SEALAMIENTO DE VARIABLES
2.6.1 VARIABLE INDEPENDIENTE
Pruebas en Banco
2.6.2 VARIABLE DEPENDIENTE
Potencia y eficiencia de las turbinas Pelton y Francis.
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CAPTULO III
METODOLOGA
3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIN
En el presente trabajo se realizar un anlisis cuantitativo en busca de una
adecuada automatizacin y un correcto plan de Mantenimiento del banco de
pruebas TUTOR; el cual nos va ayudar a determinar la eficiencia y potencia de
las turbinas Plton y Francis que se encuentran en el mismo.
El estudio tambin se basar en la informacin existente y se recurrir a
documentacin bibliogrfica para el respectivo desarrollo del proyecto.
3.2 NIVEL Y TIPO DE LA INVESTIGACIN
3.2.1 MODALIDAD DE INVESTIGACIN
Campo.- Para el desarrollo del proyecto se utilizar la investigacin de campo
para la obtencin de datos necesarios para el estudio, los mismos que sern
adquiridos directamente de las empresas que utilicen este tipo de turbinas para
generacin elctrica.
Bibliogrfica.-La investigacin bibliogrfica se la realizar en la biblioteca de la
Facultad de Ingeniera Civil y Mecnica de la Universidad Tcnica de Ambato,
Campus Huachi Chico.
Documental.- ste medio investigativo lo utilizaremos ya que necesitaremos
conocer e identificar sobre materiales y tcnicas que nos ayude al mantenimiento
y automatizacin del proyecto.
Experimental.- Este tipo de investigacin se realizar con diferentes experimentos
para la comprobacin y verificacin del funcionamiento del banco de pruebas,
logrando obtener una lista de datos y poder comprobar su funcionamiento.
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3.2.2 TIPO DE INVESTIGACIN
Exploratoria.- Se investigar todo y cada uno de los detalles del proyecto, tanto su
diseo como su funcionamiento, para comparar los resultados experimentales con
los reales dados por el banco de pruebas.
Descriptiva.- Describe los pasos realizados en el control y automatizacin como
informacin y tener as un respaldo de funcionamiento del banco de pruebas.
Correlacin.- En este tipo de estudio descriptivo tiene como finalidad determinar
el grado de relacin o asociacin no causal existente entre dos o ms variables.
Aunque la investigacin correlacional no establece de forma directa relaciones
causales, puede aportar indicios sobre las posibles causas de un fenmeno.
3.3 POBLACIN Y MUESTRA
En el Banco de pruebas TUTOR se van a realizar pruebas con cada una de las
turbinas variando los parmetros descritos a continuacin.
TURBINA PELTON
En esta turbina se puede variar la abertura del chifln y la velocidad de la
velocidad de la bomba.
CHIFLN
ABERTUR
A DEL
INYECTOR
VELOCIDA
D DE LA
BOMBA
CAUDAL FUERZA REVOLUCIONES EFICIENCIA POTENCIA
25%
50%
75%
100%
-
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VELOCIDAD DE LA BOMBA.
VELOCIDAD
DE LA
BOMBA
ABERTURA
DEL
INYECTOR
CAUDAL FUERZA REVOLUCIONES EFICIENCIA POTENCIA
50%
60%
70%
80%
TURBINA FRANCIS
En este tipo de turbina lo nico que se va a variar para realizar la prctica es la
velocidad de la bomba.
VELOCIDAD DE LA BOMBA.
VELOCIDAD
DE LA
BOMBA
ABERTURA
DE LA
VALVULA
CAUDAL FUERZA REVOLUCIONES EFICIENCIA POTENCIA
40% 100%
50% 100%
60% 100%
70% 100%
-
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3.4 OPERACIONALIZACIN DE VARIABLES.
3.4.1 VARIABLE INDEPENDIENTE: PRUEBAS EN BANCO
Concepto Dimensin Indicadores tems Tcnicas e instrumentos
de la investigacin
Un banco de pruebas es una plataforma para experimentacin deproyectos de gran desarrollo. Los bancos de pruebas brindan una
forma de comprobacin rigurosa, transparente y repetible de teoras
cientficas, elementos computacionales, y otras nuevas tecnologas.
El Banco de pruebas Tutor consta principalmente de dos turbinas:
La Plton y La Francis, una bomba la cual est controlada por un
variador de frecuencia, Dinammetros, Manmetros y frenos en las
turbinas para poder determinar las potencias, la funcin principal de
este banco de pruebas es mostrar el funcionamiento simplificado de
una micro central hidroelctrica.
Para variar los parmetros se utiliza el variador de velocidad de la
bomba, una vlvula para la apertura del chifln en la turbina Plton,
una palanca que direcciona los labes de la turbina Francis y la fuerza
en el freno de las turbinas.
Toma de datos
Manual con
equipos
analgicos
Toma de datos
Automtica.
Qu datos se tomanmanualmente?
Qu equipos analgicos
nos dan datos en el
banco de Pruebas?
-
Altura neta- Fuerza- Presiones
- Manmetros- Nivel- Dinammetros
- Observacin- Catlogos- Bibliografa- Internet
- Observacin- Catlogos- Bibliografa- Internet
Qu datos se adquieren
automticamente?
Qu equipos transfierenlos datos en el banco de
Pruebas?
- Revoluciones- Caudal- Fuerza
- Sensores- PLC- Micro controladores
-
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3.4.2 VARIABLE DEPENDIENTE: POTENCIA Y EFICIENCIA DE LAS TURBINAS PLTON Y FRANCIS.
Concepto Dimensin Indicadores tems Tcnicas einstrumentosde lainvestigacin
La potencia es el trabajo aplicado por unidad de
tiempo aprovechando al mximo la energa hidrulicaque se le da a las turbinas y la energa mecnica quees transformada de la hidrulica.
Es conocido que a veces la obtencin de potencia esms importante que una razonable prdida en laeficiencia, no obstante cuando se realiza el diseosiempre se trata de tener en cuenta lasrecomendaciones existentes para que las prdidas queocurran dentro de la turbina sean minimizadas.
La eficiencia en turbinas hidrulicas es el cocienteentre la potencia de salida o mecnica y la de entradao hidrulica, lo que se refiere al mayor
aprovechamiento de la transformacin de energahidrulica a energa mecnica, que es utilizada por laturbina para transformarla en energa elctrica.
Eficiencia
Potencia
Qu se debe hacerpara aumentar laeficiencia en lasturbinas?
- Disminuir la friccin en la carcasa.- Bajar la turbulencia segn el agua
entra al rodete.- Disminuir la friccin en los pasajes
del rodete.- Disminuir la friccin y turbulencia en
el tubo de aspiracin.- Disminuir las prdidas hidrulicas.
CatlogosBibliografa
ObservacinFichasTcnicas
Tabulaciones
Qu datos se debeadquirir paradeterminar potencia yeficiencia en lasturbinas?
- Altura neta- Caudal- Velocidades del flujo.- RPM en el eje.- Fuerza.
http://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtml -
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3.5 TCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIN DEINFORMACIN.
3.5.1 RECOLECCIN DE LA INFORMACIN.
Para la recoleccin de informacin nos basaremos en varias tcnicas como es laobservacin, es decir en mquinas similares existentes en el pas, adicionalmente
reforzaremos con informacin bibliogrfica de diversos libros y con la
informacin del internet.
3.6 PROCESAMIENTO Y ANLISIS.
3.6.1 PRESENTACIN DE DATOS.
La presentacin de datos que nos den en las prcticas de laboratorio se va apresentar en forma grafica y tabular para una mayor apreciacin entre lo real y lo
terico.
3.6.2 ANLISIS.
El Anlisis de los resultados de esta investigacin es la parte fundamental que nos
permitir establecer conclusiones y recomendaciones de la misma.
DOCUMENTAL
Bibliografa Catlogos Publicaciones Artculos Estudios Fichas Tcnicas Tabulaciones
OBSERVACION
Directa. Indirecta Participante No participante Estructurada No estructurada. Individual No individual
Cuaderno de notas Diario Ficha de campo Lista de cotejo
INSTRUMENTOS
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CAPTULO IV
ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS
4.1 ANLISIS DE LOS RESULTADOS
De acuerdo a la investigacin de campo y bibliogrfica en conjunto de la
observacin como tcnica para recoger la informacin necesaria, nos ayud a
determinar que los equipos y los procesos para adquirir datos en el Banco de
pruebas TUTOR, se los puede encontrar en catlogos que nos muestran
diferentes alternativas.
La adquisicin de datos es una necesidad habitual en la mayora de las actividades
industriales. El proceso de acondicionamiento y seleccin de la seal a adquirir,
puede ser suministrada por un sensor, la toma de muestras de esta seal, la
conversin analgico/digital de dicha seal, realizada a frecuencia adecuada y la
transferencia de esta informacin digital a un sistema que pueda procesarla debetener una frecuencia de muestreo de las seales habitualmente que es constante,
pero en ocasiones las muestras de las seales son tomadas a intervalos irregulares,
siempre bajo el control del computador que procesa la informacin.
Es frecuente que la adquisicin no se limite a una sola seal, sino a varias
simultneamente. En efecto, existen gran cantidad de aplicaciones en las que se
precisa tomar gran nmero de medidas.
La adquisicin de datos en el Banco de pruebas se la puede realizar mediante un
PLC, microcontroladores o utilizando las Tarjetas de Adquisicin de datos de la
empresa National Instrument. Cada uno de estos procesos nos lleva al objetivo
deseado, el cual va a depender de las caractersticas que se necesite tomando muy
en cuenta el costo debido a que el financiamiento lo va a poner el autor del
proyecto.
-
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Una vez realizada una observacin del Banco de pruebas TUTOR, y revisado en
catlogos los datos o parmetros que se necesitan para determinar la potencia y
eficiencia de las turbinas Plton y Francis los datos que se consideran para la
adquisicin son los siguientes:
- Caudal a la entrada de las turbinas.- Dimetro de la tubera- El Salto Hidrulico- La fuerza aplicada al freno.- Volumen del tanque.- Presiones- Velocidades- Perdidas mecnicas
4.2 INTERPRETACIN DE DATOS
4.2.1 CLCULO O ADQUISICIN DEL CAUDAL
Tabla 4.1 CLCULO POR MTODOS MANUALES
EL MTODO DE UNOBJETO FLOTANTE
MTODO DE UN RECIPIENTE CONVOLUMEN CONOCIDO
PROCEDIMIENTO 1. Ubicar en el canal un tramo aproximado (L) y deseccin uniforme. Marcar el punto Po al inicio deltramo y el punto Pf al final del tramo seleccionado.2. A la altura del punto Po soltar un pequeo tallo seco
y anotar el tiempo (t) (seg) que demora en desplazarsehasta la altura del punto Pf.3. Calcular la velocidad (V).4. Medir el ancho del canal (B) en metros y la
profundidad del agua (H) en metros5. Calcular el rea de la seccin. Mediante la siguientefrmula:6. Observar el tipo de terreno del canal para seleccionarel factor de correccin (C)del caudal:7. Calcular el Caudal (Q) en litros
Para medir caudales de hasta 20 lts/seg.Aproximadamente.Instrumentos necesarios:Cilindro con volumen conocido
Reloj con cronmetroProcedimientoDesviar toda el agua del riachuelo ocanal hacia un balde o cilindro grandede capacidad conocida y tomar eltiempo que tarda en llenarse.
FORMULAS V = L / TA = B x H.Q = C x V x A x 1000
Caudal ( Q ) = Volumen (litros)/Tiempo (segundo)
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Tabla 4.2 CAUDALMETRO
ULTRASNICO DE DISCO NUTANTE ELECTROMAGNTICO
VENTAJAS * No ocasiona prdida de carga.* No tiene partes mviles.* Ideal para la medicin demateriales txicos o peligrosos.* Salida lineal con el caudal.* Su rango de medicin es muyamplio.* Su instalacin es muy simple yeconmica.
* Muy difundido ycomprobado.* Muy econmico.* Simple y de bajomantenimiento.
* No genera prdidas de carga.* Apto para la medicin debarros.* Permite la medicin decaudales bi-direccionales.* No tiene partes mviles, porlo que es confiable y de bajomantenimiento.* Su precisin esrelativamente alta.
DESVENTAJAS * Su precisin no es muy alta.* Su costo es relativamente alto
para tuberas de bajo dimetro.
* Es el de menor precisinde los instrumentos dedesplazamiento positivo.* No se fabrica para tuberasde gran tamao.* El par disponible para elaccionamiento de accesoriosmecnicos es muy limitado.
* Si el fluido a medir producedepsitos sobre los electrodos,la medicin ser errnea.* Su costo es relativamentealto.* No es utilizable en gases porla baja conductividad.
COSTO US$ 7000 US$ 232 US$ 2187
4.2.2 CLCULO DE LA FUERZA EN EL FRENO
Tabla 4.3 MTODO PARA ADQUIRIR LA FUERZA EN EL FRENODINAMMETRO CELDAS DE CARGA
CARACTERSTICAS
Amplia seleccin de capacidades:
Disponible en capacidades de 200 a 50,000
kilogramos (Tambin disponibles en libras
y en Newton)
Larga vida
El alma del instrumento es una viga de
flexin de acero.Factor de seguridad por sobrecarga
La mayora de los modelos tienen un factor
de seguridad lmite de 5:1.
Control de cero
Tambin puede ser usado como tara, con
capacidad hasta del 20% de la capacidad
total del instrumento.
El sensor de fuerza resistivo (FSR) es
un dispositivo de pelcula de
polmero (PTF) que presenta una
disminucin de la resistencia cuando
aumenta la fuerza aplicada a la
superficie activa. Su sensibilidad a la
fuerza est optimizada para uso en elcontrol por toque humano de
dispositivos electrnicos. Las FSRs
no son clulas de carga o galgas
extensiomtricas aunque tengan
propiedades similares. Las FSRs no
son adecuadas para medidas de
precisin.
COSTO $ 52 $ 280.00
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4.2.3 SENSORES
Tabla 4.4 EJEMPLOS DE LOS SENSORES.
SENSORES EJEMPLOSSensores de Fuerza Capacitivos.
Piezoelctricos.A elemento vibrante.Celdas de carga.
Sensores de Torque Reluctivos.Fotoelctricos.Inductivos a desplazamiento de fase
Sensores de Flujo-Caudal Presin diferencial.Mecnico.Magntico.Oscilante.Ultrasnico.
Sensores de Nivel: Presin.Flotadores.Conductividad.Capacitivos.Transferencia de calor.pticos.Osciladores amortiguados.Ultrasnicos.
Sensores de DesplazamientoLineal y Angular, Posicin
Capacitivos.Reluctivos o LVDT.Potenciomtricos.pticos.Codificadores Lineales y Angulares(Encoders-Encoders Incrementales).Por Sensado Remoto: Radar y Sonar.Por Posicin y Actitud: Girscopos eInclinmetros
Sensores de Proximidad: Inductivos sensibles a metales ferromagnticos.Inductivos no sensibles a metalesferromagnticos.Capacitivos.Luz visible o Infrarroja.Microondas.Ultrasnicos.
Sensores de Velocidad, Aceleracin y
Vibraciones:
Lineales: Electromagnticos, rueda a medida.
Angulares: (Tacmetros) Electromagnticos.pticos.Acelermetros: Capacitivos.Potenciomtricos.Reluctivos.
Sensores de Presin: Capacitivos.Inductivos.A reluctancia.Potenciomtricos resistivos.Piezoelctricos.
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4.2.4 ADQUISICIN DE DATOS
Tabla 4.5 MTODOS DE ADQUISICIN DE DATOS
ADQUISICINDE DATOS
VENTAJAS DESVENTAJAS COSTOS
TARJETAS DAQ Diseados para un rendimiento ptimo.Ofrecen las capacidades de E/S digitales yanalgicas.Precisin de medidasFlexibilidad de software que requiere suaplicacin.Con las tecnologas patentadas de hardware ysoftwa